多组学联合解析热应激猪肠粘膜损伤的分子机制及CS-GT的干预作用

来源 :广东海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chengrong
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当前,热应激作为我国南部热带、亚热带地区危害最大的一种应激性致病因素,会引起猪体肠道内绒毛消失、绒毛变短、隐窝变浅、炎性反应因子表达功能上调及腹泻,表现典型的炎性肠病(IBD)特征,对养猪业危害巨大。由于对热应激诱发IBD的机制尚未完全清楚,严重阻碍了有效预防措施的进一步开发。系统地揭示了热应激猪黏膜损伤的分子机制,对基于靶点干预的猪粘膜防控策略研究开发具有重大意义。本研究选取30头2月龄(体重为16±1kg)的健康土杂公猪(雷州黑猪♀×杜洛克猪♂),随机分为对照和热应激组。对照组环境温度为21±3℃,热应激组受试猪饲养于环境温度为35±1℃的人工气候温室,相对湿度均为75%~85%。在处理的第1、7、14和21d屠宰受试猪,收集外周血、肠组织及结肠内容物,联合16s r RNA测序分析、转录组学及代谢组学等方法,检测了热应激下肠道菌群结构、菌群代谢物及肠组织差异表达基因;Western blot及荧光定量PCR检测了肠道中TLR4、STAT6、MYLK及紧密连接蛋白的表达变化;建立体外IPEC-J2细胞及其单层融合上皮的热休克模型,分析HSP70、TLR4、STAT6及MYLK的表达变化;建立TLR4过表达/沉默模型,研究TLR4/STAT6及MYLK的调控机制;建立小鼠的热应激模型,研究了壳聚糖-庆大霉素缀合物(CS-GT)对肠粘膜损伤的缓解效应。研究发现:(1)热应激猪肝功能、肾功能及血液生化等指标发生显著变化;外周血COR、ET、DAO、D-乳酸、炎性因子IL-4及IL-13水平显著升高;肠组织完整性受损,出现出血,淋巴浸润,绒毛高度/隐窝深度降低,杯状细胞减少,肌肉层厚度降低;肠组织中炎性因子IL-4和IL-13 m RNA的表达增高;结肠内容物中LPS水平增高,而s Ig A浓度降低。(2)热应激处理初期,猪结肠短链脂肪酸乙酸、丁酸等的含量显著下降(P<0.05),随后逐步恢复至正常水平;结肠微生物多样性及结构发生明显改变,并与代谢物的变化存在关联;在热应激第1天,鉴定出上调基因92个,下调基因60个,且随着热应激时间延长,差异表达基因显著增多;差异基因被聚类到多个免疫调控信号通路,如TLR4/STAT6/MYLK,并与代谢物的变化存在关联;热应激猪十二指肠、盲肠和结肠热休克蛋白及TLR4/STAT6/MYLK信号通路关键蛋白表达显著升高,而紧密连接蛋白表达下调;(3)热休克处理IPEC-J2细胞后,TLR4/STAT6/MYLK信号通路关键蛋白明显上调,而紧密连接蛋白表达下调,且随热休克恢复而恢复;基因沉默/过表达进一步证实,HSP70显著激活TLR4/STAT6/MYLK信号通路,进而引起MLC的磷酸化,下调了紧密连接蛋白的表达。(4)热应激小鼠盲肠和结肠组织损伤明显,灌胃中等剂量CS-GT可改善热应激小鼠的肠道损伤;热应激显著激活小鼠肠道TLR4/STAT6/MYLK-紧密连接蛋白信号通路,灌胃150mg/kg CS-GT后,该信号通路被显著抑制;(5)体外条件下,CS-GT显著改善热休克处理引起的IPEC-J2单层融合上皮跨膜电阻下降及对FITC-dextran通透率升高,最佳浓度为15μg/m L;CS-GT显著抑制热休克IPEC-J2细胞及小鼠3D类肠器官中TLR4/STAT6/MYLK信号通路激活,上调紧密连接蛋白表达(P<0.01),分子对接分析其可靶向抑制TLR4激活。结果表明:(1)热应激猪肠组织完整性受损,局部出血,淋巴浸润,绒毛高度/隐窝深度降低,杯状细胞减少和肠肌肉层厚度降低,外周血ET、DAO、D-LA、结肠内容物LPS和肠组织中炎性因子的上调,肝功能、肾功能及血液生化指标也发生显著变化;(2)热应激引起猪肠道微生物多样性及结构的显著改变,降低了短链脂肪酸乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸和己酸的含量,激活了TLR4/STAT6/MYLK信号通路,下调了紧密连接蛋白ZO-1、Occludin、Claudin1和Claudin2的表达。这是热应激损伤肠道屏障功能的重要原因;(3)壳聚糖-庆大霉素缀合物可靶向抑制TLR4/STAT6/MYLK信号通路的激活,从而缓解热应激引起的肠道粘膜损伤和炎症反应,有望开发为抗应激的功能性饲料添加剂。
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